基于改进的遗传算法的土壤电阻率检测系统的开发研究

曲阜师范大学网络信息中心 高 慧

日照市人民医院计算机网络中心 刘 涛

针对固体废物填埋场网状电阻率检测模型，本文设计了一套完整的软、硬件模型。利用Socket通信，控制数据采集盒EM9336BD进行AD采样，实现了户管理权限设置，定时采样，手动采样，数据管理，记录查询等功能。系统对数据采集和建模之后，经过牛顿迭代改进的遗传算法进行处理，利用COM技术实现matlab和C#的混合编程，实现了渗漏位置的精准定位和显示。

固体废物填埋场网状电阻率检测模型是在研究偶极子渗漏检测法的基础之上研究得到的新型检测方法，利用不锈钢作为检测电极，在HDPR膜下铺成网状结构，并对其供电采样，得到实时的土壤接触电阻数据，经过数据分析和处理，实现了渗漏的实时监控。

1.检测原理

每次采样控制水平继电器和竖直继电器闭合，形成供电回路，获得一个等效土壤接触电阻阻值，后续利用有限元划分法对场地划分成5乘9的均匀区域，以便更精准的定位渗漏。详见参考文献2。

2.硬件系统

本文研发的数据采集箱，包含两个供电电源，对箱子内部和场外线路进行供电，两个继电器板，一个CPU保护隔离运放，以及核心CPU。后面板有电源指示灯，外部供电口，外接电源口，开关，网口。

3.软件系统

3.1 系统简介

以MicrosoftVisualStudio2010为开发平台，C#作为编程语言，SQLSEVER2008作为数据管理软件，主要实现的功能有：数据采集，手动采样和定时采样；数据存储，采样数据和采集日志自动保存；数据处理；查询功能，用户可根据需要查询任意时间的数据和场地情况。

3.2 COM技术

本技术主要实现了matlab和C#的混合编程使得数据变成可视化界面。主要步骤为：

a.生成COM组件。编写matlab的M文件来对数据进行成图。把matlab函数转变成.net的编译库，并添加m文件，生成.dll文件。

b.在vs2010中调用COM组件。在C#.NET应用程序中添加引用.dll文件，使用COM组件，把matlab窗口嵌入到vs的winform中。

4.渗漏检测算法

本文利用主要算法分为前期采样的快速离散傅里叶变换算法，建模中使用的有限元算法以及最后数据处理的改进的遗传算法。

遗传算法（geneticalgorithm，GA）是一种进化算法，把参数进行编码，利用迭代的方式进行选择、交叉和变异等运算，最终生成符合优化目标的解。其优点是全局优化，适应性强，缺点是收敛速度慢，精确度差，局部搜索能力不足。牛顿迭代算法优点是收敛速度快，局部搜索能力强，缺点是容易陷入局部最优，将二者取长补短，作为本系统的核心数据处理算法，具体步骤如图1所示。

图1 改进的遗传算法

5.系统实验和数据分析

为了验证该系统的可用性，本文进行了大量的实验，为了不破坏试验场地，本文利用底部有小漏洞的水桶，缓慢进行灌清水实验来模拟渗漏，相应在实际场地中，填埋场的渗漏液将富含大量离子，敏感度会变得更强。

本文均匀选取了三个时刻的电阻值来进行数据分析。把采样值转变为三个时刻的土壤接触电阻率，再利用变化率的思想，求出两时刻相当于时刻1的土壤接触电阻变化率，如图2所示。经过分析可以判断出漏点坐标为（4，6），和实际情况相符合。

图2 两时刻土壤变化率